Chem. Asian J. :基于植酸的双金属-有机凝胶用于电催化析氧反应

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植酸(Phytic Acid)是一种天然的磷资源,在植物的种子和谷物中含量丰富,含有六个磷酸基团,并且具有很强的配位能力。植酸衍生的材料表现出高电催化性活性。


近日,中山大学张建勇课题组以植酸和混合金属离子(Fe3+, Co2+)合成了双金属-有机凝胶(MOGs),以探索高效的OER电催化剂。首先通过凝胶法将双金属离子(Fe3+, Co2+)和PA反应形成双金属-有机凝胶PA-FeCo,该PA-FeCo凝胶在干燥后分别用NaBH4还原、高温碳化两种方法进行处理并比较其形貌和电催化活性等。PA-FeCo-1:2:2气凝胶为不规则颗粒(约35 nm)交联的网络结构,在用1.0 mol L-1 NaBH4处理后,PA-FeCo-1:2:2-NB的纳米颗粒直径变小(约15 nm),并且保持了交联的网络结构。而双金属凝胶在800 ℃碳化后的黑色粉末PA-FeCo-1:2:2-800,破坏了大部分P=O基团,粒径略有增大(30-50 nm),并趋于团聚,可能是由于高温碳化破坏了大部分P=O基团,导致原有凝胶网络结构部分坍塌造成纳米颗粒团聚,得到的材料主要成分是Co2P2O7

图1 PA-FeCo双金属MOGs的合成路线及不同后处理方法。

通过NaBH4还原处理后的双金属气凝胶PAFeCo-1:2:2-NB的OER催化活性显著优于还原前的气凝胶PA-FeCo-1:2:2和高温碳化后的凝胶材料PA-FeCo-1:2:2-800,在电流密度为20 mA cm-2时析氧的过电位为257 mV, Tafel 斜率为 36 mV dec-1。经过NaBH4处理的 PAFeCo-1:2:2-NB具有更快的电子传输速率。且经过72 h测试显示较好的稳定性。说明这种策略有利于进一步改进和发展自然资源丰富的可持续的MOGs电催化剂,并为凝胶电催化剂的应用提供新方法。

图2 双金属PA-FeCo凝胶材料负载在泡沫镍上的电化学性能(a)LSV极化曲线,(b)塔菲尔斜率,(c)电化学阻抗谱和(d)PA-FeCo-1:2:2-NB在10 mA cm-2恒电流密度的电压变化曲线(1.0 mol L-1 KOH电解液)(插图为PA-FeCo-1:2:2-NB经过72 h稳定性测试前后的LSV曲线)。

论文信息:

Phytic Acid-Based FeCo Bimetallic Metal-Organic Gels for Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction

Xiying Feng, Yali Xiao, Hai-Hua Huang, Qiushi Wang, Jinyi Wu, Prof. Zhuofeng Ke,* Prof. Yexiang Tong, and Prof. Jianyong Zhang*

文章的第一作者和第二作者分别是中山大学的博士研究生冯惜莹和硕士研究生肖雅丽。


Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202100700


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